Las simulaciones por computadora confirman que la superpluma africana causa las deformaciones inusuales y la anisotropía sísmica paralela al rift detectada debajo del Sistema de Rift de África Oriental.

El rifting continental implica una combinación de estiramiento y fractura que penetra profundamente en la Tierra, dice la geofísica D. Sarah Stamps. Este proceso implica el alargamiento de la litosfera, la capa exterior rígida de la Tierra. A medida que se vuelve más tenso, las secciones superiores de la litosfera sufren cambios frágiles, lo que lleva a fracturas de rocas y terremotos.

Stamps, que estudia estos procesos utilizando modelos informáticos y GPS para mapear los movimientos de la superficie con precisión milimétrica, compare los diferentes estilos de deformación de un continente en ruptura mientras juega con Silly Putty.

«Si golpeas Silly Putty con un martillo, en realidad puede agrietarse y romperse», dijo Stamps, profesor asociado en el Departamento de Geociencias, parte de la Facultad de Ciencias de Virginia Tech. “Pero si lo separas lentamente, Silly Putty se estira. Así, en diferentes escalas de tiempo, la litosfera terrestre se comporta de diferentes maneras.

Ya sea estiramiento o ruptura, la deformación que acompaña a la ruptura continental generalmente sigue patrones direccionales predecibles en relación con la ruptura: la deformación tiende a ser perpendicular a la ruptura. El Sistema de Rift de África Oriental, el sistema de rift continental más grande de la Tierra, exhibe estas deformaciones perpendiculares al rift. Pero después de medir el sistema de fallas con instrumentos GPS durante más de 12 años, Stamps también observó deformaciones que iban en la dirección opuesta, paralelas a las fallas del sistema. Su equipo en el Laboratorio de Geodesia y Tectonofísica trabajó para averiguar por qué.

Profesor Asistente D. Sarah Stamps. Crédito: Tecnología de Virginia

En un estudio reciente publicado en la Revista de investigación geofísica, el equipo exploró los procesos que impulsan el Sistema de Rift de África Oriental utilizando modelos termomecánicos 3D desarrollados por el primer autor del estudio, Tahiry Rajaonarison, investigador postdoctoral en New Mexico Tech que obtuvo su doctorado. en Virginia Tech como miembro del laboratorio de Stamps. Sus modelos mostraron que la inusual deformación paralela al rift del sistema de rift es impulsada por el flujo del manto hacia el norte asociado con el Superpanache africano, un manto masivo que surge desde las profundidades de la Tierra debajo del suroeste de África y se dirige hacia el noreste a través del continente, haciéndose más superficial. a medida que se expande hacia el norte.

Sus hallazgos, combinados con los conocimientos de un estudio que los investigadores publicaron en 2021 utilizando las técnicas de modelado de Rajaonarison, podrían ayudar a arrojar luz sobre el debate científico sobre las fuerzas impulsoras de placas que dominan el Sistema del Rift de África Oriental, explicando su deformación tanto perpendicular como paralela a la grieta. : fuerzas de flotabilidad litosférica, fuerzas de tracción del manto o ambas.

Como investigador postdoctoral, Stamps comenzó a observar la inusual deformación paralela del Rift de África Oriental utilizando datos de estaciones GPS que midieron señales de más de 30 satélites que orbitan la Tierra, a unos 25 000 kilómetros de distancia. Sus observaciones agregaron una capa de complejidad al debate sobre los impulsores del sistema de fallas.

Algunos científicos consideran que las fisuras en el este de África se deben principalmente a las fuerzas de flotabilidad litosféricas, que son fuerzas relativamente superficiales atribuidas principalmente a la topografía elevada del sistema de fisuras, conocido como Superswell africano, y a las variaciones de densidad en la litosfera. Otros apuntan a las fuerzas de tracción del manto horizontal, las fuerzas más profundas que resultan de las interacciones con el manto que fluye horizontalmente debajo de África Oriental como el principal impulsor.

Los equipos estudio 2021 descubrió a través de simulaciones por computadora en 3D que la falla y su deformación podrían ser provocadas por una combinación de las dos fuerzas. Sus modelos mostraron que las fuerzas de flotabilidad litosféricas eran responsables de la deformación más predecible perpendicular a la falla, pero estas fuerzas no podían explicar la deformación anómala paralela a la falla detectada por las mediciones de GPS de Stamps.

En su estudio publicado recientemente, Rajaonarison volvió a utilizar modelos termomecánicos en 3D, esta vez para centrarse en el origen de las deformaciones paralelas a la grieta. Sus modelos confirman que la superpluma africana es responsable de las deformaciones inusuales, así como de la anisotropía sísmica paralela al rift observada debajo del Sistema del Rift de África Oriental.

La anisotropía sísmica es la orientación o alineación de las rocas en una dirección particular en respuesta al flujo del manto, bolsas de fusión o tejidos estructurales preexistentes en la litosfera, dijo Stamps. En este caso, la alineación de rocas siguió la dirección del flujo del manto hacia el norte desde el Superpanache africano, lo que sugiere que el flujo del manto es la fuente.

«Decimos que el flujo del manto no se dirige en dirección este-oeste, perpendicular a la grieta de algunas de las deformaciones, pero puede estar impulsando la deformación anómala hacia el norte paralela a la grieta», dijo Rajaonarison. «Hemos confirmado ideas anteriores de que las fuerzas de flotabilidad litosféricas están provocando la falla, pero aportamos nuevos conocimientos de que una deformación anómala puede estar ocurriendo en África Oriental».

Saber más sobre los procesos involucrados en la ruptura continental, incluidos estos procesos anómalos, ayudará a los científicos a reducir la complejidad detrás de la ruptura de un continente, algo que han estado intentando durante décadas. “Estamos entusiasmados con este resultado del modelado numérico del Dr. Rajaonarison porque proporciona nuevos conocimientos sobre los procesos complejos que dan forma a la superficie de la Tierra a través de la ruptura continental”, dijo Stamps.

Referencia: «Una investigación geodinámica de las interacciones entre la pluma y la litosfera bajo el Rift de África Oriental» por Tahiry A. Rajaonarison, D. Sarah Stamps, John Naliboff, Andrew Nyblade y Emmanuel A. Njinju, 27 de marzo de 2023, Revista de investigación geofísica de tierra sólida.
DOI: 10.1029/2022JB025800